黑盒測試的7種測試方法

黑盒測試也稱功能測試，它是通過測試來檢測每個(gè)功能是否都能正常使用。在測試中，把程序看作一個(gè)不能打開的黑盒子，在完全不考慮程序內(nèi)部結(jié)構(gòu)和內(nèi)部特性的情況下，在程序接口進(jìn)行測試，它只檢查程序功能是否按照需求規(guī)格說明書的規(guī)定正常使用，程序是否能適當(dāng)?shù)亟邮蛰斎霐?shù)據(jù)而產(chǎn)生正確的輸出信息。黑盒測試著眼于程序外部結(jié)構(gòu)，不考慮內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)，主要針對(duì)軟件界面和軟件功能進(jìn)行測試。

黑盒測試是以用戶的角度，從輸入數(shù)據(jù)與輸出數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系出發(fā)進(jìn)行測試的。很明顯，如果外部特性本身設(shè)計(jì)有問題或規(guī)格說明的規(guī)定有誤，用黑盒測試方法是發(fā)現(xiàn)不了的。

黑盒測試有7種測試方法分別是等價(jià)類劃分法、邊界值分析法、錯(cuò)誤推測法、因果圖法、判定表驅(qū)動(dòng)法、功能圖法、正交實(shí)驗(yàn)法。下面將一一介紹。

等價(jià)類劃分法

等價(jià)類劃分是把所有可能的輸入數(shù)據(jù)，即程序的輸入域劃分成若干部分(子集)，然后從每一個(gè)子集中選取少數(shù)具有代表性的數(shù)據(jù)作為測試用例。該方法是一種重要的，常用的黑盒測試用例設(shè)計(jì)方法。

1、劃分等價(jià)類：

等價(jià)類是指某個(gè)輸入域的子集合。在該子集合中，各個(gè)輸入數(shù)據(jù)對(duì)于揭露程序中的錯(cuò)誤都是等效的。并合理地假定：測試某等價(jià)類的代表值就等于對(duì)這一類其它值的測試。因此，可以把全部輸入數(shù)據(jù)合理劃分為若干等價(jià)類，在每一個(gè)等價(jià)類中取一個(gè)數(shù)據(jù)作為測試的輸入條件，就可以用少量代表性的測試數(shù)據(jù)。取得較好的測試結(jié)果。等價(jià)類劃分可有兩種不同的情況：有效等價(jià)類和無效等價(jià)類。

有效等價(jià)類：是指對(duì)于程序的規(guī)格說明來說是合理的，有意義的輸入數(shù)據(jù)構(gòu)成的集合。利用有效等價(jià)類可檢驗(yàn)程序是否實(shí)現(xiàn)了規(guī)格說明中所規(guī)定的功能和性能。

無效等價(jià)類：與有效等價(jià)類的定義恰巧相反。設(shè)計(jì)測試用例時(shí)，要同時(shí)考慮這兩種等價(jià)類。因?yàn)?，軟件不僅要能接收合理的數(shù)據(jù)，也要能經(jīng)受意外的考驗(yàn)。這樣的測試才能確保軟件具有更高的可靠性。

2、劃分等價(jià)類的方法：

下面給出六條確定等價(jià)類的原則。

①在輸入條件規(guī)定了取值范圍或值的個(gè)數(shù)的情況下，則可以確立一個(gè)有效等價(jià)類和兩個(gè)無效等價(jià)類。

②在輸入條件規(guī)定了輸入值的集合或者規(guī)定了“必須如何”的條件的情況下，可確立一個(gè)有效等價(jià)類和一個(gè)無效等價(jià)類。

③在輸入條件是一個(gè)布爾量的情況下，可確定一個(gè)有效等價(jià)類和一個(gè)無效等價(jià)類。

④在規(guī)定了輸入數(shù)據(jù)的一組值(假定n個(gè))，并且程序要對(duì)每一個(gè)輸入值分別處理的情況下，可確立n個(gè)有效等價(jià)類和一個(gè)無效等價(jià)類。

⑤在規(guī)定了輸入數(shù)據(jù)必須遵守的規(guī)則的情況下，可確立一個(gè)有效等價(jià)類(符合規(guī)則)和若干個(gè)無效等價(jià)類(從不同角度違反規(guī)則)。

⑥在確知已劃分的等價(jià)類中各元素在程序處理中的方式不同的情況下，則應(yīng)再將該等價(jià)類進(jìn)一步的劃分為更小的等價(jià)類。

3、設(shè)計(jì)測試用例：

在確立了等價(jià)類后，可建立等價(jià)類表，列出所有劃分出的等價(jià)類：輸入條件 有效等價(jià)類 無效等價(jià)類

4、設(shè)計(jì)原則：

然后從劃分出的等價(jià)類中按以下三個(gè)原則設(shè)計(jì)測試用例：

①為每一個(gè)等價(jià)類規(guī)定一個(gè)唯一的編號(hào)。

②設(shè)計(jì)一個(gè)新的測試用例，使其盡可能多地覆蓋尚未被覆蓋地有效等價(jià)類，重復(fù)這一步。直到所有的有效等價(jià)類都被覆蓋為止。

③設(shè)計(jì)一個(gè)新的測試用例，使其僅覆蓋一個(gè)尚未被覆蓋的無效等價(jià)類，重復(fù)這一步，直到所有的無效等價(jià)類都被覆蓋為止。

邊界值分析法

邊界值分析方法是對(duì)等價(jià)類劃分方法的補(bǔ)充。

(1)邊界值分析方法的考慮：

長期的測試工作經(jīng)驗(yàn)告訴我們，大量的錯(cuò)誤是發(fā)生在輸入或輸出范圍的邊界上，而不是發(fā)生在輸入輸出范圍的內(nèi)部。因此針對(duì)各種邊界情況設(shè)計(jì)測試用例，可以查出更多的錯(cuò)誤。使用邊界值分析方法設(shè)計(jì)測試用例，首先應(yīng)確定邊界情況。通常輸入和輸出等價(jià)類的邊界，就是應(yīng)著重測試的邊界情況。應(yīng)當(dāng)選取正好等于，剛剛大于或剛剛小于邊界的值作為測試數(shù)據(jù)，而不是選取等價(jià)類中的典型值或任意值作為測試數(shù)據(jù)。

(2)基于邊界值分析方法選擇測試用例的原則：

1、如果輸入條件規(guī)定了值的范圍，則應(yīng)取剛達(dá)到這個(gè)范圍的邊界的值，以及剛剛超越這個(gè)范圍邊界的值作為測試輸入數(shù)據(jù)。

2、如果輸入條件規(guī)定了值的個(gè)數(shù)，則用最大個(gè)數(shù)，最小個(gè)數(shù)，比最小個(gè)數(shù)少一，比最大個(gè)數(shù)多一的數(shù)作為測試數(shù)據(jù)。

3、根據(jù)規(guī)格說明的每個(gè)輸出條件，使用前面的原則1。

4、根據(jù)規(guī)格說明的每個(gè)輸出條件，應(yīng)用前面的原則2。

5、如果程序的規(guī)格說明給出的輸入域或輸出域是有序集合，則應(yīng)選取集合的第一個(gè)元素和最后一個(gè)元素作為測試用例。

6、如果程序中使用了一個(gè)內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，則應(yīng)當(dāng)選擇這個(gè)內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的邊界上的值作為測試用例。

7、分析規(guī)格說明，找出其它可能的邊界條件。

錯(cuò)誤推測法

基于經(jīng)驗(yàn)和直覺推測程序中所有可能存在的各種錯(cuò)誤，從而有針對(duì)性的設(shè)計(jì)測試用例的方法。

錯(cuò)誤推測方法的基本思想： 列舉出程序中所有可能有的錯(cuò)誤和容易發(fā)生錯(cuò)誤的特殊情況，根據(jù)他們選擇測試用例。例如，在單元測試時(shí)曾列出的許多在模塊中常見的錯(cuò)誤。以前產(chǎn)品測試中曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤等，這些就是經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)。還有，輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)為0的情況。輸入表格為空格或輸入表格只有一行。這些都是容易發(fā)生錯(cuò)誤的情況。可選擇這些情況下的例子作為測試用例。

因果圖法

前面介紹的等價(jià)類劃分方法和邊界值分析方法，都是著重考慮輸入條件，但未考慮輸入條件之間的聯(lián)系， 相互組合等。 考慮輸入條件之間的相互組合，可能會(huì)產(chǎn)生一些新的情況。但要檢查輸入條件的組合不是一件容易的事情，即使把所有輸入條件劃分成等價(jià)類，他們之間的組合情況也相當(dāng)多。因此必須考慮采用一種適合于描述對(duì)于多種條件的組合，相應(yīng)產(chǎn)生多個(gè)動(dòng)作的形式來考慮設(shè)計(jì)測試用例。這就需要利用因果圖(邏輯模型)。

因果圖方法最終生成的就是判定表。它適合于檢查程序輸入條件的各種組合情況。

利用因果圖生成測試用例的基本步驟：

(1)分析軟件規(guī)格說明描述中，那些是原因(即輸入條件或輸入條件的等價(jià)類)，那些是結(jié)果(即輸出條件)，并給每個(gè)原因和結(jié)果賦予一個(gè)標(biāo)識(shí)符。

(2)分析軟件規(guī)格說明描述中的語義。找出原因與結(jié)果之間， 原因與原因之間對(duì)應(yīng)的關(guān)系。 根據(jù)這些關(guān)系，畫出因果圖。

(3)由于語法或環(huán)境限制，有些原因與原因之間，原因與結(jié)果之間的組合情況不可能出現(xiàn)。為表明這些特殊情況，在因果圖上用一些記號(hào)表明約束或限制條件。

(4)把因果圖轉(zhuǎn)換為判定表。

(5)把判定表的每一列拿出來作為依據(jù)，設(shè)計(jì)測試用例。從因果圖生成的測試用例(局部，組合關(guān)系下的)包括了所有輸入數(shù)據(jù)的取TRUE與取FALSE的情況，構(gòu)成的測試用例數(shù)目達(dá)到最少，且測試用例數(shù)目隨輸入數(shù)據(jù)數(shù)目的增加而線性地增加。

判斷表驅(qū)動(dòng)法

1、條件樁：列出問題所有條件。通常認(rèn)為列出的條件的次序不重要。

2、動(dòng)作樁：列出問題規(guī)定可能采取的操作。這些操作的排列順序沒有約束。

3、條件項(xiàng)：列出針對(duì)它所列條件的取值，在所有可能的情況下的真假值。

4、動(dòng)作項(xiàng)：列出針對(duì)它所列條件的取值，在所有可能情況下的真假值。

5、規(guī)則：任何一個(gè)條件組合的特定取值及其相應(yīng)要執(zhí)行的操作。在判定表中貫穿條件項(xiàng)和動(dòng)作項(xiàng)的一列就是一條規(guī)則。顯然，判定表中列出多少組條件取值，也就有多少條規(guī)則，條件項(xiàng)和動(dòng)作項(xiàng)就有多少列。

判斷表建立依據(jù)和步驟：

1、確定規(guī)則的個(gè)數(shù)。假如有N個(gè)條件，每個(gè)條件有兩個(gè)取值(0、1)，故2N種規(guī)則。

2、列出所有的條件樁和動(dòng)作樁。

3、填入條件項(xiàng)。

4、填入動(dòng)作項(xiàng)。制定初始判定表。

5、簡化。合并相似規(guī)則或者相同動(dòng)作。

適合使用規(guī)定判定表設(shè)計(jì)用例的條件：

1、規(guī)則說明以判定表的形式給出，或很容易轉(zhuǎn)換成判定表。

2、條件的排序順序不影響執(zhí)行那些操作。

3、規(guī)則的排列順序不影響執(zhí)行那些操作。

4、當(dāng)某一規(guī)則的條件已經(jīng)滿足，并確定要執(zhí)行的操作后，不必檢驗(yàn)別的規(guī)則。

5、如果某一規(guī)則要執(zhí)行多個(gè)操作，這些操作的執(zhí)行順序無關(guān)緊要。

功能圖法

用功能圖形象地表示程序的功能說明，機(jī)械的生成功能圖的用例。功能圖是一個(gè)黑盒、白盒混合用例設(shè)計(jì)方法。

功能圖由狀態(tài)遷移圖和邏輯功能模型構(gòu)成：

1、狀態(tài)遷移圖用于表示輸入數(shù)據(jù)序列及其相應(yīng)的輸入數(shù)據(jù)。在狀態(tài)遷移圖中，有輸入數(shù)據(jù)和當(dāng)前狀態(tài)決定輸出數(shù)據(jù)和后續(xù)狀態(tài)。

2、邏輯功能模型用于表示在狀態(tài)中輸入條件和輸出條件之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。邏輯功能模型只適合于描述靜態(tài)說明，輸出數(shù)據(jù)僅由輸入數(shù)據(jù)決定。測試用例則由測試中經(jīng)過的一系列狀態(tài)和每個(gè)狀態(tài)中必須依靠輸入/輸出數(shù)據(jù)滿足的一對(duì)條件組成。

功能圖方法中要用到邏輯覆蓋和路徑測試的概念和方法。要求設(shè)計(jì)人員對(duì)程序邏輯結(jié)構(gòu)有清楚的了解。

生成用例：

1、生成局部測試用例：在每個(gè)狀態(tài)中，從因果圖生成局部測試用例。局部測試庫有原因值(輸入數(shù)據(jù))組合與對(duì)應(yīng)的結(jié)果值(輸出數(shù)據(jù)或狀態(tài))構(gòu)成。

2、測試路徑生成：利用上面的規(guī)則生成從初始化狀態(tài)到最后狀態(tài)的測試路徑。

3、測試用例合成：合成測試路徑與功能圖中每個(gè)狀態(tài)的局部測試用例。結(jié)果是視狀態(tài)到最后狀態(tài)的一個(gè)狀態(tài)序列，以及每個(gè)狀態(tài)中輸入數(shù)據(jù)與對(duì)應(yīng)輸出數(shù)據(jù)組合。

4、測試用例的合成算法：采用條件構(gòu)造樹。

正交試驗(yàn)法

從大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中挑選適量的、有代表性的點(diǎn)，合理安排測試的設(shè)計(jì)方法。

1、提取功能說明，構(gòu)造因子--狀態(tài)表把影響實(shí)驗(yàn)指標(biāo)的條件稱為因子，而影響實(shí)驗(yàn)因子的條件叫因子的狀態(tài)。利用正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法來設(shè)計(jì)測試用例時(shí)，首先要根據(jù)被測試軟件的規(guī)格說明書找出影響其功能實(shí)現(xiàn)的操作對(duì)象和外部因素，把他們當(dāng)作因子;而把各個(gè)因子的取值當(dāng)作狀態(tài)。對(duì)軟件需求規(guī)格說明中的功能要求進(jìn)行劃分，把整體的、概要性的功能要求進(jìn)行層層分解與展開，分解成具體的有相對(duì)獨(dú)立性的、基本的功能要求。這樣就可以把被測試軟件中所有的因子都確定下來，并為確定每個(gè)因子的權(quán)值提供參考的依據(jù)。確定因子與狀態(tài)是設(shè)計(jì)測試用例的關(guān)鍵。因此要求盡可能全面的、正確的確定取值，以確保測試用例的設(shè)計(jì)作到完整與有效。

2、加權(quán)篩選，生成因素分析表對(duì)因子與狀態(tài)的選擇可按其重要程度分別加權(quán)。可根據(jù)各個(gè)因子及狀態(tài)的作用大小、出現(xiàn)頻率的大小以及測試的需要，確定權(quán)值的大小。

3、利用正交表構(gòu)造測試數(shù)據(jù)集利用正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)測試用例，比使用等價(jià)類劃分、邊界值分析、因果圖等方法有以下優(yōu)點(diǎn)：節(jié)省測試工作工時(shí);可控制生成的測試用例數(shù)量;測試用例具有一定的覆蓋率。

測試方法的綜合策略：

1、首先進(jìn)行等價(jià)劃分，包括輸入、輸出條件的等價(jià)劃分，將無限測試變成有限測試。

2、使用邊界值分析法。

3、使用錯(cuò)誤推測發(fā)，追加一些用例。

4、對(duì)照程序邏輯，檢查用例設(shè)計(jì)的邏輯覆蓋，力求達(dá)到覆蓋標(biāo)準(zhǔn)。

5、程序功能說明中有輸入條件組合，就可選用因果圖和判定表驅(qū)動(dòng)法。

6、對(duì)于參數(shù)配置類軟件，用正交試驗(yàn)法選擇較少組合到達(dá)最佳效果。

7、功能圖是用例設(shè)計(jì)的好方法，通過不同時(shí)期條件的有效性設(shè)計(jì)不同的測試數(shù)據(jù)。對(duì)應(yīng)業(yè)務(wù)流程清晰的系統(tǒng)，用場景法貫穿測試過程，在案例中綜合使用各種測試方法。